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KIST, 정전기를 에너지로 변환시키는 나노발전기 개발
정전기로 블루투스 센서를 충전 및 구동, 향후 사물인터넷 응용 기대

[인더스트리뉴스 정형우 기자] 한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 전자재료연구단 송현철 박사, 강종윤 단장 연구팀은 에너지 하베스팅 기술의 일종으로 생활 속 불편한 존재였던 정전기를 이용해 실제 전자기기에 사용할 수 있는 전기를 생산하는 스펀지 형태의 고내구성·고출력 나노발전기를 개발했다고 밝혔다.

이번 연구 결과는 에너지 분야 국제 학술지 ‘Nano Energy’(IF : 13.12, JCR 4.452%)에 게재됐다. [사진=KIST]

KIST 연구진은 증기캡슐공정(Vapor Capsulation Casting)을 이용해 물과 실리콘(PDMS, Polydimethylsiloxane)만으로 미세 기공을 가지는 실리콘 스펀지를 짧은 시간 내에 간단히 제작할 수 있는 방법을 개발했다. 형성된 미세 기공이 전체 표면적과 정전용량을 향상시켜 정전기 발생량을 크게 증가시켰으며, 이를 이용해 고내구성·고출력을 지니는 정전기 나노발전기를 개발했다.

기존의 나노발전기는 복잡하고 어려운 공정이 필요했다. 하지만 이번 KIST 연구진이 개발한 공정을 이용하면 제작 시간과 비용을 크게 단축할 수 있어 나노발전기의 실용화를 앞당길 것으로 전망하고 있다. 또한 연구진은 증기캡슐공정의 변수들을 면밀히 조사해 다공성 구조의 제어 방법을 확립했는데, 이러한 다공성 실리콘 소재는 여러 연구 분야에 다양하게 활용 및 적용될 것으로 기대된다. 

KIST 연구진은 개발한 정전기 나노발전기를 이용해 실제 실내온도나 위치 등을 파악하는 블루투스 무선 센서 등을 구동하는데 성공했다. 향후 4차 산업혁명의 핵심기술 중 하나인 사물인터넷을 비롯해, 무선 센서 네트워크나 웨어러블 전자기기의 자율전원으로써 핵심적 역할을 수행할 수 있을 것으로 보인다.

이번 연구를 주도한 KIST 송현철 선임연구원은 “이번 연구결과로 쉽고 간단한 공정을 이용해 다공성 구조를 제작했다는데 큰 의의가 있으며, 기존의 에너지 하베스팅 발전장치보다 가격·성능·내구성 면에서 높은 경쟁력을 가진 혁신적인 제품이 될 것으로 기대한다”고 언급했다.

KIST 강종윤 책임연구원(전자재료연구단장)은 “현재 여러 가지 에너지 하베스팅 기술들을 개발 중에 있다. 이번 연구결과로 인해 다양한 환경에서 센서 네트워크의 자가발전을 위한 핵심적 역할을 수행할 수 있기를 기대한다”고 밝혔다. 

[정형우 기자 (news@industrynews.co.kr)]

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